[发明专利]用于离子推力器的场发射自中和栅极加速装置及控制方法

权利要求书

1.一种用于离子推力器的场发射自中和栅极加速装置，其特征在于：包括，

屏栅(1)，所述屏栅(1)与电离室连接，将等离子体中的阳离子引出，屏栅(1)上开设有多个第一圆形通孔；

加速栅(2)，所述加速栅(2)位于屏栅(1)的下游，将屏栅(1)引出的阳离子加速并产生推力，加速栅(2)上开设有多个与第一圆形通孔一一对应的第二圆形通孔，第二圆形通孔的孔径小于第一圆形通孔的孔径，加速栅(2)与屏栅(1)之间有一段间隔距离，且该间隔距离小于第一圆形通孔的孔径；

绝缘垫(3)，所述绝缘垫(3)设置在加速栅(2)的下游端面，绝缘垫(3)上开设有多个第三圆形通孔，第三圆形通孔与第一圆形通孔一一对应且孔径相等；

所述第一圆形通孔、第二圆形通孔和第三圆形通孔同轴；

中和放电针(4)，多根所述中和放电针(4)垂直设置在绝缘垫(3)的下游端面上，中和放电针(4)位于相邻的两个第三圆形通孔圆心连线的中点上，中和放电针(4)为圆锥体结构，中和放电针(4)的针尖曲率半径小于第二圆形通孔半径，中和放电针(4)通过场发射效应释放电子束用于中和离子束以实现离子推力器电中性平衡。

2.根据权利要求1所述的一种用于离子推力器的场发射自中和栅极加速装置，其特征在于：所述绝缘垫(3)的厚度小于屏栅(1)的厚度，且屏栅(1)的厚度小于加速栅(2)的厚度。

3.根据权利要求1所述的一种用于离子推力器的场发射自中和栅极加速装置，其特征在于：所述屏栅(1)、加速栅(2)和绝缘垫(3)均为圆饼状。

4.根据权利要求1所述的一种用于离子推力器的场发射自中和栅极加速装置，其特征在于：所述第一圆形通孔、第二圆形通孔和第三圆形通孔均按照六边形阵列分布，包括分布在正六边形六个顶点以及中心位置的7个孔位。

5.根据权利要求1所述的一种用于离子推力器的场发射自中和栅极加速装置，其特征在于：

所述屏栅(1)上第一圆形通孔的孔径为1.8～2mm，屏栅(1)的厚度为0.3～0.5mm；

所述加速栅(2)上第二圆形通孔的孔径为1.2～1.5mm，加速栅(2)的厚度为0.7～1mm；

所述绝缘垫(3)上第三圆形通孔的孔径为1.8～2mm，绝缘垫(3)的厚度为0.05～0.1mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于离子推力器的场发射自中和栅极加速装置，其特征在于：所述加速栅(2)与屏栅(1)之间的间隔距离为1～1.2mm。

7.根据权利要求1所述的一种用于离子推力器的场发射自中和栅极加速装置，其特征在于：所述中和放电针(4)的针尖曲率半径大于0.1倍第二圆形通孔半径。

8.采用权利要求1所述的用于离子推力器的场发射自中和栅极加速装置的控制方法，其特征在于：包括，

采用直流电源；

向屏栅(1)施加正电压；

向加速栅(2)施加负电压，且电压值远小于屏栅(1)上的电压值；

向中和放电针(4)施加脉冲负电压，且负电压低于加速栅(2)电压。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：施加在屏栅(1)上的正电压为1000V以上，施加在加速栅(2)上的负电压为-100V。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：当电离室处于大功率工作模式时，调节脉冲负电压至更低电压，以增强中和放电针(4)的针尖电场强度与中和电子束流密度。